Der Countdown läuft

Die Vorbereitungen für den in den kommenden Wochen geplanten Aufenthalt der Gründlinge an der BAW laufen auf Hochtouren. Bei den Gründlingen handelt es sich um eine der zwei Fischarten, deren Verhalten in der aktuellen Ethohydraulikstudie des BAW-BfG-Verbundprojekt „Ökologische Durchgängigkeit“ in einer Laborrinne an der BAW untersucht werden.

Ziel des Verbundprojektes ist es, die flussauf- und -abwärts gerichtete Vernetzung der Bundeswasserstraßen für Fische und aquatische Organismen wiederherzustellen. Durch Querbauwerke, wie z.B. Wehre, wird die Verbindung von Laich-, Aufzucht und Nahrungshabitaten durchschnitten. Fischauf- und Fischabstiegsanlagen als technische Bauwerke werden gebaut, um die negativen Folgen für die aquatische Umwelt zu minimieren.

Ethohydraulische Versuche, d.h. das Verschneiden der Fachdisziplinen Ethologie (vergleichende Verhaltensforschung) und Hydraulik, finden seit 2016 regelmäßig an der BAW statt. Da die Funktionsfähigkeit von Fischaufstiegsanlagen (FAA) unter anderem wesentlich davon abhängt, dass Fische den Einstieg in die FAA durchschwimmen können, fokussieren sich die Untersuchungen derzeit auf den Einstiegsschlitz. Seit 2018 wird die Forschungsfrage behandelt, ob die bisher für den FAA-Einstieg vorgegebenen Fließgeschwindigkeiten kleine, schwimmschwache Fische überfordern und ggf. an der Passage hindern oder ob die Fische andere Effekte nutzen, um den Einstieg zu bewältigen.


Rotaugen (Rutilus rutilus) im ethohydraulischen Versuchstand zur Passierbarkeit des Einstiegs in eine Fischaufstiegsanlage bei rauer und glatter Sohle

Mit dem derzeitigen Versuchsaufbau soll der Einfluss einer rauen Steinsohle auf die Passage des Einstiegsschlitzes untersucht werden. Bei zwei verschiedenen Sohlstrukturen (rau/glatt) wird verglichen, wie erfolgreich die Fische den nachgebauten Einstieg in eine FAA durchschwimmen und wie sie sich dabei verhalten. Der Versuchsaufbau ist deshalb modular gestaltet: Auf die fest verklammerte Steinsohle kann eine Plattenkonstruktion aufgelegt und somit eine glatte Sohle hergestellt werden. Der Versuchsaufbau und die schnelle Möglichkeit die Sohlstruktur zu ändern, hat sich bereits im 1. Teilversuch mit Rotaugen, die im Frühjahr 2020 stattgefunden haben, bewährt. Der Versuchszeitraum wird dabei auf die jeweilige Wanderperiode der Art abgestimmt, wobei auch zusätzliche Faktoren, wie z.B. die Wassertemperatur, berücksichtigt werden müssen.

BAW und BfG befinden sich gerade in den letzten Zügen der Vorbereitungen (die Laborrinne ist geputzt, frisches Wasser ist eingelassen und die Hälterungsbecken sind bezugsfertig) und freuen sich auf die anstehenden Versuche.

Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit den Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) verfasst. Weitere Informationen zum Projekt der ökologischen Durchgängigkeit finden Sie unter https://www.bafg.de/DE/08_Ref/U4/07_Durchg/durchg_node.html. Allgemeine Informationen zur BfG finden Sie hier www.bafg.de.

Ein Lockdown-Winter im Team des IZW (Informationszentrum Wasserbau) der BAW

Optionen im Februar 2021

Es ist bereits Februar 2021 und das Land steckt wieder in einem Lockdown. Seit März 2020 hat sich auch bei uns im IZW der BAW Karlsruhe einiges verändert. Wie singt Herbert Grönemeyer so schön? „Bleibt alles anders!“

Auch wir, das IZW-Team, haben uns bereits zu Beginn der Pandemie viele Gedanken gemacht, wie wir den Betrieb aufrecht erhalten könnten. Denn eines ist klar: die Nachfrage nach Informationsmaterialien – aktueller wie auch historischer Art – in jeglicher Form (PDF-Dateien, Bücher, Journale, Regelwerke oder diverse Zugangsmöglichkeiten zu Informations-Plattformen etc.) ist nicht abgerissen. Digitale Zugangswege werden im Moment jedoch stark favorisiert.

Informationen sind – besonders im Wirkungskreis der BAW, aber auch außerhalb – so unentbehrlich wie das Amen in der Kirche. Die Bibliothek wird also – auch auf digitalem Weg – weiterhin bei Wünschen und Fragen behilflich sein und steht jeder/m BenutzerIn zur Verfügung. Das ist auch gut so. Wo wir helfen können, versuchen wir alle Wege zu gehen, um an die gewünschte Information zu kommen und das Gewünschte bis ins Büro oder sogar ins Home-Office zu schicken.

Das Betreten der Bibliothek kann also vermieden werden, falls man hier den sichereren Weg gehen möchte. Wer ein Buch ganz schnell braucht, kann genauso gerne einfach im IZW anrufen. In vielen Fällen können Medien dann vor den Türen der Bibliothek – und somit außerhalb – abgeholt werden.

Auch eine Möglichkeit, Bücher kontaktlos bei uns abzuholen

Bei diesem Gedanken spüre auch ich als Mitglied des IZW-Teams und somit der BAW, dass ich ein wichtiges Rädchen im Getriebe eines großen Ganzen bin.  So wird es mir heute an meinem Arbeitsplatz  – trotz Schmuddelwetter draußen – etwas leichter ums Herz. Es ist ein schönes Gefühl, seinen Teil beitragen zu können. Und das trotz erschwerendem Lockdown! Mit neu beschafften Informationen, die wir von hier und aus aller Welt bekommen, können wir gemeinsam effektiv an neuen Ideen und neuen Lösungswegen arbeiten. So auch heute: innerhalb einer Stunde bekommt meine Kollegin 3 Anfragen online, ob sie Aufsätze bzw. wichtige Literatur aus anderen Bibliotheken besorgen könnte. Dank Fernleihe geht die Zusendung der angeforderten PDF-Dateien dann innerhalb eines Tages bei uns ein.

Besonders nun – in Pandemie-Zeiten – versuchen wir Informationsbedürfnisse in kontaktloser Form zu bedienen:

Daher bietet das IZW seit dem Lockdown noch etwas Neues an: Inhaltsverzeichnisse der vorrätigen Zeitschriften können online eingesehen werden.  BAW-Mitarbeiter können daraus nun Artikel bei uns bestellen, ohne in direkten Kontakt mit uns treten zu müssen. Das IZW ist übrigens fortwährend dabei, Lizenzen für Fachzeitschriften-Abonnements zu kaufen, so dass LeserInnen, sobald diese gekauft und eingepflegt wurden, auch auf elektronischem Weg darauf zugreifen können.

Schnelle Informationen verhelfen einem anstehenden Projekt zu schnellerem Fortkommen. 

Trotz Lockdown, kaum persönlichem Kontakt zu Personen und vielen Nachfragen per Telefon & Internet kamen wir im vergangenen Jahr ohne Einschränkungen unserer Service-Leistungen aus. Und hier stellt sich bei mir das Gefühl des Gebrauchtwerdens ein, welches besonders heutzutage sehr guttut und meine Kollegen und mich stets neu motiviert, um unserem Job als Informationsspezialisten an Bord der BAW gerecht werden zu können.

Verfasst von Ruth Schneider

Ich bin seit September 2019 im Team des IZW (Bibliothek) der BAW und bin als Bibliothekarin zuständig für unterschiedliche Bereiche: Katalogisierung, Nutzerbetreuung, Teilbereiche der Öffentlichkeitsarbeit etc.

Auf den Grund gegangen: Zwei Einsätze des Taucherglockenschiffes „Carl Straat“ für die BAW

Das WSV-Taucherglockenschiff (TGS) „Carl Straat“ konnte in der zweiten Jahreshälfte 2020 wieder erfolgreich für BAW-Projekte eingesetzt werden: Im September wurden Vorversuche für eine innovative Methode des Geschiebe-Tracings am Oberrhein durchgeführt, und im November und Dezember erfolgte eine Kampagne zur Sohlprobennahme am Niederrhein. Im Folgenden wird ein kurzer Einblick in die Kampagnen gegeben.

Bei den Vorversuchen am Oberrhein wurden in Kooperation mit der Universität für Bodenkultur – Wien Radiotelemetrie-Tracer in der Rheinsohle platziert, die Funksignale aussenden und deren Lage somit geortet werden kann [1, 2]. Die Tracer wurden in zwei Ausführungen getestet: 1) Sender ohne weitere Einhüllung, 2) Einbettung der Sender in einen „künstlichen Stein“, der insgesamt die Dichte und Größe von typischem Grobkies aufweist. Untersucht wurden nach der Tracer-Platzierung (Abb. 1) die maximale Ortungsdistanz sowie der Verlauf der Signalstärke abhängig von der Bauart (nicht umhüllt oder als künstliche Steine), Tiefe im Sediment, und Wassertiefe (Abb. 2).

Abb. 1: Einbringen von Tracern in die Rheinsohle.
Abb. 2: Ortung der Tracer vom Boot aus.

Die Vorversuche lieferten wertvolle Informationen bezüglich der Optimierung dieser innovativen Tracing-Methode für die Gegebenheiten am Oberrhein. Auf diese Weise erfasste Daten unterstützen beispielsweise bei der Bearbeitung von Fragestellungen der Morphodynamik (hier im Bereich der Geschiebezugabe Iffezheim und unterstrom), unter anderem zum Verständnis von Prozessen der Deckschichtbildung oder Sohlaufhöhung. Die Radiotelemetrie-Tracer vereinen dabei eine Reihe von Vorteilen in sich, wie z. B. eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung der Messdaten, die Möglichkeit zur individuellen Nachverfolgung von Tracer-Steinen, eine hohe Wiederauffindbarkeit bei langer Lebensdauer und Laufzeit, sowie einen verhältnismäßig geringen personellen und technischen Aufwand.
Ein Video zur beschriebenen Kampagne am Oberrhein ist im Infozentrum Wasserbau bereitgestellt [3], eine Bilderserie kann auf Flickr eingesehen werden [4].

Im November und Dezember wurde über einen Zeitraum von vier Wochen die Rheinsohle von Zons bis Duisburg beprobt. Hintergrund ist der Bedarf an Datenreihen, die einerseits u. a. die WSV bei der Erfolgskontrolle der Geschiebezugabe Niederrhein unterstützen, und andererseits der BAW zur Validierung und Kalibrierung von Feststofftransportmodellen dienen. Im Bereich von Rh-km 720,0 bis 777,0 wurden je Kilometer an 3 – 5 Punkten entlang des Querprofils Schürfproben von der Deck- und Unterschicht genommen sowie eine Geschiebeansprache und eventuelle Besonderheiten fotografisch und schriftlich dokumentiert (Abb. 3). Auf den 57 km Strecke wurden insgesamt 248 Punkte angesteuert und beprobt (Abb. 4), wobei der relativ niedrige Wasserstand gerade im Bereich von Gleithängen und Buhnenfeldern bei manchen geplanten Probenpunkte die Anfahrt verhinderte. In der nächsten Stufe der Datenerhebung werden an der BAW die Sieblinien der Schürfproben ermittelt (Abb. 5).

Abb. 3: „’O Sohle mio“ bei Rh-km 724,2 (wg. Ankerverbots erfolgte die Probennahme an dieser Stelle nicht auf dem vollen Rh-km). (a) 233 m Abstand zum linken Hektometerstein, Gleithang am Ende einer Linkskrümmung; (b) 283 m Abstand zum linken Hektometerstein, etwa Fahrrinnenmitte; (c) 383 m Abstand zum linken Hektometerstein, Kolkverbau.

Auch wenn einzelne Abläufe solcher Kampagnen sich oft wiederholen und damit bald zur unspektakulären Routine werden, bleibt die Möglichkeit, in einer Taucherglocke auf der Rheinsohle zu stehen, etwas Besonderes: Der Weg zur Arbeit (Abb. 6), die Geräuschkulisse aus Druckluftzischen, Wasserrauschen, Motorbrummen, der Schleusungsvorgang, der sich anfühlt wie ein sehr schneller Sink- oder Steigflug mit sehr großem Höhenunterschied, die Spannung darauf, welche Objekte und Formen man nach dem Absetzen vorfindet und welche Prozesse an der Sohle erkennbar sind, das Rieseln des Geschiebetriebs, der von außen an die Glocke prasselt, das Knirschen und Knacken beim Aufsetzen der Glocke auf Kolkverbausteinen, das Drehen des TGS und der abgesetzten Glocke bei Begegnungsverkehr, und vieles mehr führen insgesamt zu einer außergewöhnlichen Erfahrung.

Abb. 4: Positionen der Schürfproben in den Düsseldörfer und Krefelder Bögen.
Rhein geschaufelt: Zahlreiche Schürfproben sind im Eimer.
Abb. 5: Zwischenergebnis der Schürfprobennahme.

Unser bester Dank für die tatkräftige Unterstützung bei Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung der Kampagnen geht an die Besatzung des TGS „Carl Straat“, die zudem eingebundenen WSV-Schiffe, die beteiligten Außenbezirke, und auch an viele Helfende der BAW!

Auch im Jahre 2021 soll es wieder BAW-Kampagnen in der Taucherglocke geben – dann allerdings auf Archimedes, dem Nachfolgeschiff des TGS „Carl Straat“.

Abb. 6: Abstieg durch die Röhre in die Glocke.

An der Entstehung dieses Beitrages haben Martin Struck und Regina Patzwahl mitgewirkt.

Quellen:
[1] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/esp.3338
[2] https://link.springer.com/article/10.1007/s00506-012-0035-5
[3] https://izw-campus.baw.de/goto.php?target=cat_2012&client_id=iliasclient
(siehe auch https://youtu.be/qXR5nlG5itU)
[4] https://www.flickr.com/photos/bundesanstalt_fuer_wasserbau/albums/72157716277074536
(eine erweiterte Bildauswahl bietet eine Suche nach „Straat“ auf https://izw-medienarchiv.baw.de/search)

Bauteilversuche in der Schleuse Oberesslingen

Die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und das Wasserstraßen-Neubauamt Heidelberg (WNA) laden Bauunternehmen und Planungsbüros mit fundierten Erfahrungen im Schleusenbau (Massivbau und Stahlwasserbau) zu einem Interessendialog ein. Die Gespräche dienen dazu, die Vergabe der Planungs- und Bauleistungen für das innovative Pilotprojekt „Bauteilversuche in Oberesslingen“ vorzubereiten, um die Herausforderungen des Projekts von Anfang an partnerschaftlich zusammen mit der Bauindustrie zu lösen.

Instandsetzung unter Betrieb an der Schleuse Feudenheim (2009)

Die Planungs- und Bauleistungen für die Bauteilversuche in Oberesslingen werden im Anschluss an den Interessendialog voraussichtlich Mitte 2021 in einem Verhandlungsverfahren mit vorherigem europaweiten Teilnahmewettbewerb ausgeschrieben.

Im Pilotprojekt sollen Bauteilversuche an der rechten Kammer der Schleuse Oberesslingen als Musterschleuse durchgeführt werden. BAW und WNA möchten mit den Bauteilversuchen bautechnischen Verfahren in der Praxis erproben, die sie im Rahmen des Gesamtprojekts „Instandsetzung unter Betrieb“ (IuB) als Alternativen zu herkömmlichen Bauweisen speziell entwickelt haben, um Einkammerschleusen künftig unter laufendem Schifffahrtsbetrieb instand zu setzen. 

Ziel des Gesamtprojektes IuB ist es, die bautechnischen Verfahren in der Praxis zu testen, Leistungsdaten zu ermitteln und die Ergebnisse anschließend als modulare Lösungen für typische Instandsetzungsaufgaben in einer Handlungsempfehlung („Modulbaukasten“) für alle zukünftigen Instandsetzungen unter Betrieb zusammenzustellen.

Interessierte Unternehmen können bis zum 31.03.21 per E-Mail an die BAW (E-Mail: bauteilversuche@baw.de) melden, um an dem Interessendialog teilzunehmen.

Details zu den Zielen und geplanten technischen Verfahren der Bauteilversuche sowie zum Ablauf des Interessendialogs und des nachfolgenden Vergabeverfahrens sind dem Informationspapier zu entnehmen.

Weitere Informationen werden zeitnah hier hinterlegt

Schmutzige Finger auf Abstand – Das bodenmechanische Praktikum für HSU-Studierende 2020

Im November und Dezember 2020 wurden für Studierende der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) an der Helmut-Schmidt-Universität (HSU) mehrere Praktika vom geotechnischen Labor der BAW in Hamburg ausgerichtet. Die BAW unterstützt mit diesen jährlich stattfindenden Praktika die HSU beim Studiengang Bauingenieurwesen.

Besonders im Bereich Baugrunderkundung ist es für den Wissenserwerb wichtig, Boden (und, wenn man nicht gerade in Norddeutschland ist, auch Fels) anzufassen, zu riechen, naja, und in sehr, sehr seltenen Fällen vermutlich auch zu schmecken. Ein strenges Hygienekonzept und die Durchführung in Kleingruppen erlaubten den Studierenden hierfür eine kleine Pause vom in Pandemiezeiten überwiegend digital geprägten Studienalltag.

Am ersten Praktikumstag wurden primär die Bodenklassifikation und Bodenansprache thematisiert. Die fachgerechte Beschreibung des in einem Bohrkern befindlichen Bodens wurde erläutert. Anschließend konnten sich die Studierenden an Bohrkernen aus dem Projekt Brunsbüttel selbst ausprobieren. Und auch bei Versuchen zur Ermittlung der Siebkurve, den Konsistenzgrenzen, Kalkgehalt und Glühverlust war die Mitarbeit der Studierenden am Objekt gefragt.

Am zweiten Praktikumstag lag der Fokus auf höherwertigen Versuchen der Bodenmechanik (Ödometerversuch, Einaxialer Druckversuch und Triaxialversuch), die das physikalische Bodenverhalten unter Be- und Entlastung ermitteln und die Bodenkennwerte für Stand- und Gebrauchstauglichkeitsbetrachtungen liefern. Bei der Herstellung eines typischen Versuchskörpers lernten die Studierenden die Tücken der Probenherstellung kennen. Mit einer Mischung aus Feingefühl, Kraft und der Unterstützung des erfahrenen Laborleiters der BAW gelang es jedoch allen Gruppen einen versuchsreifen Probekörper herzustellen, der anschließend für den Einaxialen Druckversuch verwendet werden konnte. Da Ödometerversuch und Triaxialversuch mit einer bis drei Wochen Versuchsdauer deutlich zu lang für einen Praktikumstag dauern würden, erfolgten hierfür nur Trockenübungen zu Einbau und Versuchsdurchführung. Verschiedene Arbeitsblätter zur Auswertung der Versuche, welche primär im Anschluss an die Praktikumstage in Heimarbeit zu lösen waren, ergänzten das praktische Lehrangebot der BAW.

Dem Laborteam der BAW haben die Praktika viel Spaß bereitet. Wir hoffen, dass es den Studierenden ähnlich ging und freuen uns auf die nächsten Praktika im Jahr 2021.

Drucksondentausch mit Müllsack

Seit vielen Jahren beobachten wir optimierte Buhnenformen in einem Feldversuch an der Tideelbe (wer mehr zum Projekt wissen möchte, kann sich z.B. hier informieren: https://izw.baw.de/publikationen/kolloquien/0/04_Jansch_BAW.pdf). Von uns müssen daher regelmäßig Kolleg*innen dorthin fahren um Messgeräte zu warten, auszutauschen und nach dem Rechten zu sehen (https://blog.baw.de/wp/?p=719). Und jedes Mal fällt er uns wieder auf: der Abfall, der vom Wasser ans Ufer getragen wurde.

Mit Plastikmüll gesprenkelter Spülsaum am Deckwerk von Juelssand

Die Testbuhnen befinden sich am Ufer von Juelssand, einige Kilometer stromab von Hamburg. Der Bereich liegt in einem Naturschutzgebiet und ist ein sehr idyllischer Ort mit viel Grün, alten Obstbäumen und vielen Schafen. Umso mehr sticht der Abfall ins Auge.

Spülsaum an der oberen Deckwerkskante. Im Hintergrund sind die Buhne 29 und der Messpfahl zu erkennen

Besonders im Spülsaum des letzten hoch aufgelaufenen Tidehochwassers liegt zwischen dem Treibsel auch jede Menge Abfall: Plastikbecher und Plastiktüten, Seilstücke, Bierdosen, Segler-Caps, Eimer, Styroporteile und mittlerweile auch Einmal-Mundschutze. Manchmal sind allerdings auch kleine „Schätze“ dabei: Hundespielzeug (über das sich ein hundebesitzender Kollege freut), intaktes Sandspielzeug und immer mal wieder eine richtige Flaschenpost. Auch Holzdrifter der Universität Oldenburg aus dem Projekt „Macroplastics“ (https://www.presse.uni-oldenburg.de/mit/2017/051.html) haben die Kolleg*innen schon gefunden.

Trotzdem: es ist zu viel Müll. Wer rausfährt, zu den Buhnen, nimmt deshalb immer ein paar leere Müllsäcke mit und wenn es die Zeit erlaubt, wird das aufgesammelt, was vor den Füßen liegt.

Gesammelte Werke

Kurz vor Weihnachten war es mal wieder soweit und die Drucksonden mussten getauscht werden. An dem Tag, an dem die Tide günstig stand, sodass die eingebauten Geräte bei Tageslicht vom Wasser frei gegeben wurden, erlaubte das Wetter auch eine Pandemie-konforme Anreise per Fahrrad. Das ist für Norddeutschland im Winter schon ziemlich viel Glück auf einmal! Dafür bedankten wir uns durch drei volle Müllsäcke, die wir mit dem ebenfalls gefundenen Seil sicher auf den Rädern verschnüren konnten und die jetzt den Abfallcontainer der BAW füllen.

Drei volle Müllsäcke konnten wir per Fahrrad mitnehmen. Noch viel mehr wartet darauf, ebenfalls eingesammelt zu werden, bevor es die Elbe weiter in die Nordsee trägt.

An der Entstehung dieses Beitrages haben Ingrid Holzwarth und Hanne Jansch mitgewirkt.

Verfasst von Bernhard Kondziella

Als technischer Angestellter bin ich überwiegend im Bereich der Naturmessungen und im Bereich des physikalischen Modellwesens tätig. Angesiedelt sind diese Themen im Referat K1 "Küsteningenieurwesen" der Dienststelle Hamburg.

Neue Mehrzweckschiffe des Bundes erreichen nächsten Meilenstein- Start der Modellversuche in der HSVA im November 2020 erfolgt

Mit dem Start der Modellversuche bei der Hamburgischen Schiffbauversuchsanstalt (HSVA) am 30.11.2020 wurde gut 11 Monate nach erfolgter Vertragsunterzeichnung am 20.01.2020 ein weiterer, wesentlicher Meilenstein im Prozess der Planung und Konstruktion der neuen Mehrzweckschiffe des Bundes vollzogen. Mit erfolgter Freigabe der notwendigen Haushaltsmittel im Bundeshaushalt wurde im Juli des Jahres 2020 die bisherige Serie der zwei Mehrzweckschiffe um ein weiteres, auf nunmehr insgesamt drei Einheiten erweitert. Ein wirklich großer Schritt im Zuge der Modernisierung der Flotte der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) im Rahmen der Maritimen Notfallvorsorge. Der Auftragnehmer, die ABEKING & RASMUSSEN Schiffs- und Yachtwerft SE (im weiteren A&R genannt), am Stammsitz in Lemwerder an der Weser, sichert u.a. mit diesem Auftrag in Höhe von insgesamt 600 Mio. EUR Arbeit und Auslastung bis in das Jahr 2025 hinein. Im Zuge der nunmehr angelaufenen Modellversuche wurden die Ergebnisse der zuvor durch umfangreiche CFD Untersuchungen hinsichtlich des Widerstandes optimierten Schiffsform verifiziert. Darüber hinaus wurden Drehrichtungsuntersuchungen zur Ermittlung der Effizienz der beiden Ruderpropeller in Interaktion mit dem Schiffsrumpf für die diesbezügliche Entscheidungsfindung durchgeführt. Im Anschluss daran folgten die Propulsions- sowie Pfahlzugversuche. Durch diese werden, in der allerdings noch vorläufigen Prognose für die Großausführung, die gestellten Anforderungen zur Erreichung einer Probefahrtgeschwindgkeit von 15 Knoten sowie eines Pfahlzuges größer 1450 kN bestätigt.

Unter der Voraussetzung, dass die gegenwärtig laufenden Arbeiten im Zuge der Konstruktion trotz Corona bedingter Einschränkungen planmäßig voranschreiten, wird in etwa Mitte 2021 mit dem Brennbeginn für das Schiff 1 der erste Teil der Fertigung, der Bau des Schiffskasko, gestartet. Dieser wird von der UAB Western Baltija Shipbuilding in Klaipeda (Litauen), im Unterauftrag der A&R, ausgeführt. A&R ist während der gesamten Fertigung mit einem eigenen Projektteam zur Sicherstellung einer hohen Qualität vor Ort vertreten. Zudem wird das Projektteam der BAW gemeinsam mit dem Team der WSV die Fertigung begleiten und alle notwendigen Maßnahmen zur Qualitätssicherung aus Sicht des Eigners sicherstellen. Das Fertigungskonzept sieht vor, dass der Neubau in einer sogenannten Blockbauweise mit seinen Großkomponenten einschließlich des LNG Tanks umfangreich vorausgerüstet, bis voraussichtlich März 2022 in Klaipeda entstehen wird. Für die weitere Ausrüstung und Komplettierung sowie sämtliche dann folgende Inbetriebnahmen, Erprobungen und Probefahrten wird das Schiff schwimmfähig und vollständig konserviert an die Weser überführt werden. Der Terminplan sieht vor, mit jeweils 9- monatigem Nachlauf die Mehrzweckschiffe 2 und 3 in der Fertigung folgen zu lassen. Die Ablieferung des Mehrzweckschiffes 1 ist aus heutiger Sicht für das 3. Quartal 2023 vorgesehen. Die drei neuen Mehrzweckschiffe ersetzen jeweils die vorhandenen Schiffe Scharhörn, Mellum und Neuwerk. Sie werden die Flotte des Bundes der LNG betriebenen, seegehenden Spezialschiffe auf insgesamt vier Einheiten erhöhen.

Quelle: P. Neumann/A&R

Die morphodynamische Oder

An einigen der Flüsse, die die BAW in den Blick nimmt, reden wir von einer hohen „Morphodynamik“. Was soll das sein? Morphologie, kennen viele – aber mit unterschiedlicher Bedeutung. Immer geht es aber um Gestalt: von Lebewesen, von Wörtern oder eben von der Erdoberfläche. Zu der gehören auch Flüsse mit ihrem Gewässerboden, ihren Ufern und Vorländern. Die Veränderung dieses Gewässerbetts durch die Strömung und dadurch ausgelöste Umlagerungen von sogenannten Feststoffen (z. B. Sand und Kies) wird in der BAW untersucht, auch um zu helfen, die Flüsse als Verkehrsweg sicher und verlässlich nutzen zu können. Dort, wo die Oder am Rande von Deutschland fließt, wandern im Fluss große Unterwasserdünen, die eine starke Veränderlichkeit des Gewässerbodens im Verlaufe des Jahresgangs hervorrufen.

Meist sieht man diese Veränderungen nicht. Manchmal wachsen jedoch die Dünen oder Bänke (Oberbegriff Transportkörper) so hoch, dass sie kurz unter der Wasseroberfläche sichtbar sind oder bei fallendem Wasserstand sogar aus dem Wasser herausschauen – wie hier am 25.9.2015 im Bereich eines später gebauten Parallelwerks.

Sehr gut kann man Morphodynamik im Bereich eines gerade abgeschlossenen Projektes an der Oder beobachten: https://izw.baw.de/publikationen/bawaktuell/0/BAW_Aktuell_03_2020_Web.pdf Seite 13 und https://www.gdws.wsv.bund.de/SharedDocs/Downloads/DE/Publikationen/_GDWS/WSV_2018.pdf?__blob=publicationFile&v=3 S. 94-95. Bei Reitwein wurden bei Od-km 605 defekte Buhnen durch ein gegliedertes Parallelwerk ersetzt. Obwohl die Baumaßnahme 2019 noch nicht vollständig fertiggestellt war, kann man in den Luftbildern der WSV schon Topografieumgestaltungen erkennen, die auf die neuen Bauwerke zurückzuführen sind. So hat sich zum Beispiel zwischen zwei Parallelwerksöffnungen in Folge der dort kräftigen Strömung eine Rinne gebildet, die am 9.7.2019 bei Niedrigwasser noch durchströmt wird. Im unteren Bild erkennt man auch, dass hinter dem Parallelwerk das sandig-kiesige Bodenmaterial in Form von kleinen Dünen bewegt wird.

Zur Rinne strömt Wasser durch die oberstromige Öffnung im Parallelwerk und durch die nächste unterstromige Öffnung wieder dem Hauptstrom zu. Je nach Größe des Abflusses in der Oder bestehen auch Strömungsverbindungen mit anderen ufernahen Bereichen und dieser Rinne bzw. wird der Bereich hinter dem Parallelwerk komplett überströmt.

Bei den Prognose-Untersuchungen der BAW an einem aerodynamischen Analogie-Modell konnten sich solche Rinnen nicht entwickeln, da der Modellboden aus unveränderlichem Material geformt wurde. Gleichwohl wurde die sohlennahe Strömung mit Hilfe von weißen Talkum-Tracern auf diesem schwarzen Modellboden aufgezeigt. Daraus konnte man eine Topografieumbildung abschätzen. In aerodynamischen Modellen wird das fließende Wasser mit Hilfe einer Luftströmung simuliert, blau sind Parallelwerk und andere neue Bauwerke. BAW-Untersuchungen siehe auch https://hdl.handle.net/20.500.11970/103847

Im Vergleich der Fotos von April (links) und Juli 2019 (rechts) bei mittlerem und niedrigem Abfluss erkennt man, dass sich bei steigendem Abfluss der Fluss weiterhin auch hinter dem Parallelwerk ausbreiten und den Gewässerboden dort gestalten kann. Rinnen mit unterschiedlicher Richtung sind die Folge. Diese entstehen aus der Wechselwirkung zwischen Ausgangsgeometrie, Strömungsangriff und erneuter Umlagerung des anstehenden Materials sowie dem Widerstand gegen die Umlagerung (z. B. durch Bewuchs). Dadurch kann die hohe morphologische Dynamik erhalten bleiben, die sich bei den zerstörten Buhnen gebildet hat und die diesem Uferbereich eine hohe ökologische Bedeutung gibt.

Im Bild oben rechts (Juli 2019) verhindert eine Sandbank im Fluss bei Niedrigwasser den Zulauf zur Einlaufschwelle. Dass im April 2019 Wasser einströmte, sieht man links gut an dem Strömungsmuster an der Wasseroberfläche und der Verformung der hinter der Einlaufschwelle unter Wasser erkennbaren Sandbank.

Man darf gespannt sein, welche Veränderungen sich in der Zukunft zeigen und welche Kenntnisse wir bei der Erfolgskontrolle gewinnen werden.

BiSiGeMi

Das Projekt „BiSiGeMi“ wird im Rahmen der Förderrichtlinie Modernitätsfonds („mFUND“) mit insgesamt 78.995,00 Euro durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) für 18 Monate gefördert (Förderlinie 1) und unter Leitung der  smile consult GmbH sowie Mitwirkung der Bundesanstalt für Wasserbau seit dem 01.10.2020 bearbeitet.

Veranlassung:

In der BAW am Standort Hamburg liegen umfangreiche und mehrjährige synoptische Ergebnisdatensätze aus hydrodynamisch-numerischen (HN)-Simulationsmodellen (z. B.: EasyGSH-DB http://mdi-de.baw.de/easygsh/index.html) vor. In der Regel wurden diese auf unstrukturierten Gebietszerlegungen und in hoher zeitlicher Auflösung erzeugt. Für die anwendungs­orien­tierte und nutzerfreundliche Bereitstellung dieser Daten im Sinne der Open-Data-Strategie des Bundes soll eine geeignete Softwareinfrastruktur, die einen transparenten Zugriff ermöglicht, entwickelt und erprobt werden.

Ziel:

Ziel des Vorhabens ist die Schaffung und prototypische Inbetriebnahme einer Big-Simu­lation- and Geodata-Middleware für unstrukturierte zeitvariante HN-Simulations­ergeb­nisse.                                                                                           

Hierzu werden folgende Schwerpunkte bearbeitet bzw. Teilziele verfolgt:

  • Entwurf und Implementierung einer performanten und transparenten daten­bank­basierten Verwaltung für große unstrukturierte zeitvariante HN-Simu­la­tions­­ergebnisse
  • Strukturierung und Dokumentation der HN-Simulation mit projektbezogenen Metadaten
  • Entwurf und Implementierung performanter orts- und zeitselektiver Zugriffsmechanismen und Interpolationen der Middleware
  • Testweiser Betrieb der Big-Simulation- and Geodata-Middleware bei der BAW am Standort Hamburg

Vorarbeiten:

BiSiGeMi kann bereits zum Projektstart auf eine umfangreiche und synoptische Simu­la­tions­datenbasis über einen Zeitraum von 20 Jahren und mit einem Datenvolumen von knapp 80 TB aus dem mFUND-Verbundprojekt „EasyGSH-DB“ zurück­greifen. Durch eine Rasterung der 10-minütigen Simulationsergebnisse auf Basis der unstrukturierten Be­rechnungsnetze auf ein 1×1-km-Raster in 20-minütigem Intervall wurden Dateigrößen von rd. 25 GB erzielt (siehe Abbildung 1). Diese reproduzieren aber die komplexen bathymetrischen und hydrodynamischen Verhältnisse im Küstennahbereich und in den Ästuarmündungen nur eingeschränkt.

Abbildung 1: Analyse der Kennwerte des Wasserstandes als Produkt

Eingesetzte Methoden:

Der Einsatz von HN-Simulationsmodellen (für Tide, Seegang und Transport) beruht der­zeit stark auf unstrukturierten numerischen Verfahren (UnTRIM², TELEMAC). Die so erzeugten Daten liegen in unstrukturierter Form vor, für die es keine Standard­lö­sun­gen zur Datenbereitstellung gibt.

Die zu entwickelnde prototypische Middleware wird Möglichkeiten eröffnen, auf diese Datenbasis von Simulationsergebnissen in ihrer hohen zeitlichen und räumlichen Auf­lösung transparent zugreifen und diese performant nutzen zu können.

Sowohl die Simulationsdaten als auch die Methodenbank sowie die verknüpfende Middleware werden bei der BAW gehostet und durch die Schaffung geeigneter Web-Schnittstellen in nationale und europäische Geodateninfrastrukturen sowie in die mCLOUD (https://www.mcloud.de/) eingebunden.

Nutzung – Mehrwert:

Der generische und anwenderfreundliche Zugriff auf die originalen unstrukturierten HN-Simulationsergebnisse ist derzeit aufgrund der Menge und Struktur der Daten mit Standardlösungen nicht möglich; diese Simulationsergebnisse können in der Regel nur von den Mitarbeiter*innen der BAW genutzt werden. Als Übergangs­lösung für die Ver­öffent­lichung in „EasyGSH-DB“ wurden diese auf ein 1×1-km-Raster übertragen und mit einem größeren Zeitschritt (20 Minuten) in eine ca. 25 GB große NetCDF-Datei gewan­delt.

Die zugrundeliegenden unstrukturierten Berechnungsnetze haben im Bereich der Rinnen Auflösungen von ca. 250 m und in den tieferen Bereichen der Deutschen Bucht Kantenlängen von ca. 4 km. Durch die 1×1-km-Rasterung wird beispielsweise in der inne­ren Deutschen Bucht eine höhere Genauigkeit „vorgegaukelt“ als berechnet wurde und in den interessanten Bereichen der Watten und Tiderinnen gehen Informationen verloren (siehe Abbildung 2). Es wäre ein großer Zugewinn, wenn die Nutzer trans­pa­rent, entsprechend ihrer Fragestellungen, direkt lesend auf diese Simulationsdaten zu­greifen könnten. Beispielsweise lassen sich für vorgegebene Polygonknoten Zeitreihen von gewünschten hydrodynamischen Kenngrößen exportieren, um mit diesen als Rand­werte eigene Detail­modelle betreiben zu können.

Abbildung 2: Rasterung von unstrukturierten Dreiecksgitternetzen

Mit dem Aufbau und dem testweisen Betrieb der Big-Simu­la­tion- and Geodata-Middle­ware bei der BAW wird die Machbarkeit des Ansatzes gezeigt, der einen Beitrag zur Digi­ta­li­sie­rung der Tätigkeiten der BAW im Rahmen von wasserbaulichen Planungs­auf­ga­ben liefert. Die aufzubauende Softwareinfrastruktur wird so flexibel umgesetzt, dass auch anders strukturierte Simulationsdaten zukünftig hier integriert werden können. Die Praxistauglichkeit u. a. für die WSV soll auf der Basis der 20-jährigen synoptischen Simulationsdaten aus „EasyGSH-DB“ und an den Anwendungsszenarien zur Zeitreihen-extraktion für Schiffsführungssimulatoren sowie zur Datenbereitstellung von Randwerten für HN-Modellen aufgezeigt werden (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3: Nutzung der Zeitreihen von Wasserstand und Strömungsgeschwindigkeit für Schiffsführungssimulationen und zur Randsteuerung von HN-Modellen

Die Zukunft im Klimawandel?

Abb. 1: BAWBildatlas – Darstellung möglicher Zukünfte im Klimawandel

Meeresspiegelanstieg, Meteorologie, Topographie des Wattenmeers, binnenseitiger Abfluss in die Ästuare, … alles wird sich im Klimawandel verändern. Und das nicht einzeln nacheinander, sondern alles parallel auf unterschiedlichen Zeitskalen, weil alles mit allem zusammenhängt.
Wir wagen einen Blick in die Zukunft und zeigen mit Hilfe von Computersimulationen, was uns erwarten könnte.

In vorangegangenen Studien wurden die zahlreichen an der Küste vom Klimawandel beeinflussten Komponenten einzeln untersucht. Im BMVI-Expertennetzwerk gehen wir einen Schritt weiter und wollen herausfinden, wie eine mögliche Zukunft aussehen kann, in der die zu erwartenden Veränderungen zusammenspielen.

Abb. 2: Mittlere Überflutungsdauer im heutigen Zustand (oben) und in der fernen Zukunft (unten).

Für die nahe Zukunft (2031-2060) und ferne Zukunft (2071-2100) werden einzelne Jahre mit einem hydrodynamisch-numerischen Modell simuliert und die kombinierten Auswirkungen des Klimawandels auf die Deutsche Bucht und die angrenzenden Ästuare Ems, Weser und Elbe analysiert.
Die dafür benötigten Randwerte werden durch die Bundesoberbehörden BSH, DWD, BfG und BAW erarbeitet.
Aus den Ergebnissen können mögliche Betroffenheiten für Infrastruktur sowie Küsten- und Naturschutz abgeleitet werden. Beispielsweise lässt sich folgern, dass die Wattflächen in der fernen Zukunft im Vergleich zum heutigen Zustand abnehmen können (Abb. 2).

Weitere Ergebnisse sind in dem nun erschienenen BAW Bildatlas „Darstellung möglicher Zukünfte im Klimawandel“ zusammengefasst und können online eingesehen werden.